DE102016110477A1

DE102016110477A1 - Method for positioning an in particular unmanned aircraft with the aid of an active static ground station and aircraft and ground station for carrying out the method

Info

Publication number: DE102016110477A1
Application number: DE102016110477.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Meiboom; Sven Lorenz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: DE102016110477B4

Abstract

Zum Positionieren eines Luftfahrzeugs (1) werden ein erster und ein zweiter Laserstrahl (5, 6) von einer Bodenstation (8) zu dem Luftfahrzeug (1) ausgesendet, wobei der zweite Laserstrahl (6) in einem horizontalen Abstand (7) zu dem ersten Laserstrahl (5) verläuft. Orte des Auftreffens des ersten und des zweiten Laserstrahls (5, 6) auf das Luftfahrzeug (1) werden registriert; und das Luftfahrzeug (1) wird gesteuert, um diese Orte des Auftreffens in einem vorgegebenen ersten und einem vorgegebenen zweiten Teilbereich (14, 15) des Luftfahrzeugs (1) zu halten.For positioning an aircraft (1), a first and a second laser beam (5, 6) are emitted from a ground station (8) to the aircraft (1), the second laser beam (6) being at a horizontal distance (7) from the first Laser beam (5) runs. Locations of impact of the first and second laser beams (5, 6) on the aircraft (1) are registered; and the aircraft (1) is controlled to maintain these impact locations in a predetermined first and a predetermined second sub-region (14, 15) of the aircraft (1).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Positionieren eines insbesondere unbemannten Luftfahrzeugs mit den Schritten Aussenden eines Laserstrahls von einer Bodenstation zu dem Luftfahrzeug, Registrieren eines Orts des Auftreffens des Laserstrahls auf das Luftfahrzeugs und Steuern des Luftfahrzeugs, um den Ort des Auftreffens des Laserstrahls in einem Teilbereich des Luftfahrzeugs zu halten. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Luftfahrzeug und eine Bodenstation zur Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention relates to a method for positioning an in particular unmanned aerial vehicle with the steps of emitting a laser beam from a ground station to the aircraft, registering a location of the laser beam impinging on the aircraft and controlling the aircraft to locate the location of the laser beam in a Subspace of the aircraft. Furthermore, the invention relates to an aircraft and a ground station for carrying out such a method.

Das Luftfahrzeug kann unbemannt sein. Dabei kann dies bedeuten, dass das Luftfahrzeug nie eine Besatzung und insbesondere nie einen Piloten hat. Das Luftfahrzeug kann aber auch zumindest vorübergehend eine Besatzung und auch einen Piloten haben. Beispielsweise kann das Luftfahrzeug eine unbemannte Drohne oder ein "Aufzug" ohne "Liftboy" oder Pilot für Fallschirmspringer sein. The aircraft can be unmanned. This may mean that the aircraft never has a crew and in particular never a pilot. The aircraft may also have at least temporarily a crew and also a pilot. For example, the aircraft may be an unmanned drone or a "lift" without a "liftboy" or parachutist pilot.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Die Nutzung von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) im kommerziellen und privaten Bereich steigt rasant an. Das Anfliegen und Halten einer Position mit einem UAV unter Verwendung einer üblichen Fernsteuerung erfordert Übung, Unterstützung durch ein Stabilisierungssystem sowie Expertise im Bereich Sensorik und Flugdynamik. The commercial and private use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is growing rapidly. Attracting and holding a position with a UAV using conventional remote control requires practice, stabilization support, and expertise in sensor and flight dynamics.

Bei aktuellen UAV stellt das Global Navigation Satellit System (GNSS) das wichtigste System zur globalen Positionierung und folglich auch zum automatisierten Halten einer Position eines schwebenden Luftfahrzeugs im Raum dar. Für die Regelung der Position und Geschwindigkeit eines UAV mittels GNSS muss zusätzlich die Orientierung des Luftfahrzeugs im Raum bekannt sein, um die üblicherweise erdfesten GNSS-Daten in ein für ein Regelungssystem notwendige Darstellung zu transformieren. Eine Störung des Empfängers des UAV für die GNSS-Signale, beispielsweise durch Umgebungshindernisse, wie Gebäude, schränkt die Verwendung das GNSS stark ein bzw. macht es funktionslos. Eine Steuerung eines UAV allein auf Basis von GNSS ist daher in Städten oder zwischen Gebäuden nahezu ausgeschlossen. Die Kombination von einfacher Verfügbarkeit von UAV, vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von UAV sowie der dennoch anfälligen und komplexen Steuerung führt daher immer wieder zu Unfällen. In the case of current UAVs, the Global Navigation Satellite System (GNSS) is the most important system for global positioning and, consequently, for automatically maintaining a position of a hovering aircraft in space. For controlling the position and speed of a UAV using GNSS, the orientation of the aircraft must also be considered be known in space to transform the usually earth-fixed GNSS data into a representation necessary for a control system. Disruption of the receiver of the UAV for the GNSS signals, for example due to environmental obstacles such as buildings, severely restricts or renders the use of the GNSS inoperative. Controlling a UAV based solely on GNSS is therefore almost impossible in cities or between buildings. The combination of the easy availability of UAVs, the variety of possible uses of UAVs and the nevertheless vulnerable and complex control system therefore always lead to accidents.

Grundsätzlich sind auch andere Möglichkeiten zum Positionieren von Luftfahrzeugen bekannt, die bei UAV Anwendung finden könnten. Insbesondere für die Ortung und Navigation von leichten und kleinen UAV ist jedoch die Auswahl an Sensorik aufgrund von Masse, Größe und Energiebedarf eingegrenzt. In principle, other possibilities for positioning of aircraft are known, which could find application in UAV. In particular, for the location and navigation of light and small UAV, however, the selection of sensors due to mass, size and energy consumption is limited.

Mit einer Inertialsensorik können Drehraten und Beschleunigungen gemessen werden. Ausgehend von einem bekannten Startwert führt die Integration der Drehraten und Beschleunigungen zur absoluten Position und Lage im Raum. Die Navigation mit miniaturisierter Inertialsensorik im MEMS-Bereich erzeugt verrauschte Messungen, welche zu einem mit der Zeit quadratisch anwachsenden Fehler führen. Mechanische- oder Laserkreisel erlauben zwar eine über mehrere Minuten genaue Positionsverfolgung. Aufgrund von Gewicht und Größe dieser Einheiten sind sie jedoch nur für größere Luftfahrzeuge geeignet. Bei kleinen MEMS-Inertialsensoren ist die Ortung bereits nach wenigen Sekunden derart ungenau, dass eine automatische Führung eines Luftfahrzeugs ausgeschlossen ist. Insbesondere ist keine langzeitstabile Positionierung möglich. With an inertial sensor, yaw rates and accelerations can be measured. Starting from a known start value, the integration of the rotation rates and accelerations leads to the absolute position and position in the room. The navigation with miniaturized inertial sensors in the MEMS area produces noisy measurements, which lead to a quadratic error over time. Although mechanical or laser gyroscopes allow accurate position tracking over several minutes. However, due to the weight and size of these units, they are only suitable for larger aircraft. In the case of small MEMS inertial sensors, locating within a few seconds is so inaccurate that automatic guidance of an aircraft is precluded. In particular, no long-term stable positioning is possible.

Die Messung des Erdmagnetfelds nach dem Prinzip des Kompasses ermöglicht eine Bestimmung der Orientierung eines Luftfahrzeugs in zwei Achsen. Verfahren zur Messung des Erdmagnetfelds sind für die Bestimmung der Orientierung eines UAV in Bodennähe und im Umfeld von Hindernissen jedoch ungeeignet, da hier das Magnetfeld von externen Störquellen unvorhersehbar beeinflusst wird. Darüber hinaus limitiert die natürliche lokale Deformation des Magnetfelds die erreichbare Genauigkeit bei der Bestimmung der Orientierung des UAV. Messungen von statischem Luftdruck, Staudruck und Strömungsgeschwindigkeit werden zur Bestimmung der Höhe, der Fluggeschwindigkeit und der aerodynamischen Fluglage von Luftfahrzeugen verwendet. Luftdaten ermöglichen jedoch lediglich eine Geschwindigkeitsmessung gegenüber der Atmosphäre und werden zusätzlich in Gebäudekulissen stark durch die Geometrie der Umgebung und resultierende Luftbewegungen beeinflusst. Druck- und Strömungsbestimmungen können daher nicht zur absoluten Positionierung eines UAV verwendet werden. The measurement of the earth's magnetic field according to the principle of the compass makes it possible to determine the orientation of an aircraft in two axes. However, methods for measuring the earth's magnetic field are unsuitable for determining the orientation of a UAV near the ground and in the vicinity of obstacles, since here the magnetic field is influenced unpredictably by external sources of interference. In addition, the natural local deformation of the magnetic field limits the achievable accuracy in determining the orientation of the UAV. Static air pressure, dynamic pressure and flow velocity measurements are used to determine aircraft altitude, airspeed and aerodynamic attitude. Air data, however, allows only a speed measurement of the atmosphere and are also influenced in building scenes strongly by the geometry of the environment and resulting air movements. Pressure and flow determinations can therefore not be used for the absolute positioning of a UAV.

Die Erfassung von bekannten Landmarken in Bezug auf Richtung und Abstand mit Kameras und/oder mit beispielsweise laserbasierten Abstandssensoren von einem Luftfahrzeug aus ermöglicht eine absolute Orientierung und/oder Positionierung im Raum. Die Reichweite solcher Systeme ist derzeit aber auf wenige Meter begrenzt. Für den Einsatz im Luftfahrzeug ist eine aufwändige Kalibrierung erforderlich. The detection of known landmarks with respect to direction and distance with cameras and / or with, for example, laser-based distance sensors from an aircraft enables absolute orientation and / or positioning in space. The range of such systems is currently limited to a few meters. For use in the aircraft, a complex calibration is required.

Die Erfassung von nicht vorab bekannten, das heißt beliebigen Umgebungsmerkmalen mit Kameras und/oder beispielsweise laberbasierten Abstandssensoren, Sonar oder Radar ermöglicht eine relative Orientierung und/oder Positionierung im Raum. Diese Verfahren sind jedoch von der Qualität und Einzigartigkeit der Landmarken abhängig. Die meist passiven optischen Sensoren sind bei kleinen UAV ungenau und fehleranfällig. Mangels absoluter Stützung tritt eine nicht kompensierbare Drift auf. Diese Verfahren sind folglich zur absoluten Positionierung von UAV ungeeignet. The detection of not previously known, that is any environment features with cameras and / or for example, lab-based distance sensors, sonar or radar allows relative orientation and / or positioning in Room. However, these procedures depend on the quality and uniqueness of the landmarks. Most passive optical sensors are inaccurate and susceptible to errors in small UAVs. For lack of absolute support, an irreconcilable drift occurs. These methods are consequently unsuitable for the absolute positioning of UAVs.

Aus OPATS – The Laser-based Automatic Landing System for UAVs ( www.ruag.com/aviation ) ist ein Verfahren zum Positionieren von UAV bekannt, bei dem das jeweilige UAV von einer Bodenstation mit Hilfe eines Laserstrahls verfolgt wird, der von ein oder zwei Retroreflektoren an dem UAV reflektiert wird. Der reflektierte Laserstrahl wird von der Bodenstation wieder aufgefangen und dabei dem UAV nachgeführt. Die dabei an der Bodenstation gewonnenen Informationen über die Position des UAV werden an eine bodengestützte Flugsteuerung des UAV weitergeleitet, und abhängig davon wird das UAV zur gewünschten Positionierung gesteuert. From OPATS - The Laser-based Automatic Landing System for UAVs ( www.ruag.com/aviation ) discloses a method of positioning UAV in which the respective UAV is tracked by a ground station by means of a laser beam reflected from one or two retroreflectors on the UAV. The reflected laser beam is picked up again by the ground station, tracking the UAV. The information obtained at the ground station about the position of the UAV are forwarded to a ground-based flight control of the UAV, and depending on this, the UAV is controlled to the desired positioning.

Aus A. Carrasco-Casado et al: "Design and Early Development of a UAV Terminal and a Ground Station for Laser Communications", SPIE Proceedings Vol. 8184, 29 September 2011 ist ein laserbasiertes System zur Kommunikation zwischen einer Bodenstation und einem UAV bekannt. Die Bodenstation verfolgt das UAV mit einem Laserstrahl und der Laserstrahl wird von einem Reflektor des UAV zu der Bodenstation zurück reflektiert. Dabei wird die Lage eines Spiegels des Reflektors des UAV zur Übertragung von Daten von dem UAV zu der Bodenstation moduliert. Out A. Carrasco-Casado et al: Design and Early Development of a UAV Terminal and a Ground Station for Laser Communications, SPIE Proceedings Vol. 8184, 29 September 2011 is a laser-based system for communication between a ground station and a UAV known. The ground station tracks the UAV with a laser beam and the laser beam is reflected back from a UAV reflector to the ground station. The position of a mirror of the UAV reflector is modulated to transmit data from the UAV to the ground station.

Aus der Militärtechnik ist es bekannt, Flugkörper mit und ohne eigenem Antrieb mit Hilfe eines Laserstrahls zu führen. Der Laserstrahl trifft auf ein Sensorarray an dem Flugkörper auf. Lageveränderungen des Flugkörpers gegenüber dem Laserstrahl werden von einer Flugsteuerung des Flugkörpers anhand des Signals des Sensorarrays erfasst und ausgeglichen. Dabei kann der Laserstrahl eine feste Raumrichtung markieren oder einem Zielobjekt nachgeführt werden. Die Flugsteuerung des Flugkörpers führt dann auch den Flugkörper dem Laserstrahl nach. From military technology, it is known to guide missiles with and without their own drive using a laser beam. The laser beam impinges on a sensor array on the missile. Changes in position of the missile relative to the laser beam are detected and compensated by a flight control of the missile based on the signal of the sensor array. The laser beam can mark a fixed spatial direction or track a target object. The flight control of the missile then also traces the missile to the laser beam.

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auch für leichte UAV geeignetes Verfahren zum Positionieren mit hoher Genauigkeit sowie ein Luftfahrzeug und eine Bodenstation zur Durchführung dieses Verfahrens aufzuzeigen. The invention has for its object to show a suitable for lightweight UAV method for positioning with high accuracy and an aircraft and a ground station for performing this method.

LÖSUNG SOLUTION

Erfindungsgemäß wir die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, ein Luftfahrzeug mit dem Merkmal des nebengeordneten Patentanspruchs 10 und eine Bodenstation mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 18 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens, des Luftfahrzeugs und der Bodenstation sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. According to the invention, the object is achieved by a method having the features of independent patent claim 1, an aircraft having the feature of independent patent claim 10, and a ground station having the features of independent patent claim 18. Preferred embodiments of the method, the aircraft and the ground station are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Positionieren eines insbesondere unbemannten Luftfahrzeugs werden ein erster und ein zweiter Laserstrahl von einer Bodenstation zu dem Luftfahrzeug ausgesendet, wobei der zweite Laserstrahl in einem horizontalen Abstand zu dem ersten Laserstrahl verläuft. Orte des Auftreffens des erste und des zweiten Laserstrahls auf das Luftfahrzeug werden registriert; und das Luftfahrzeug wird gesteuert, um diese Orte des Auftreffens in einem ersten und einem zweiten vorgegebenen Teilbereich des Luftfahrzeugs zu halten. In a method according to the invention for positioning an in particular unmanned aerial vehicle, a first and a second laser beam are emitted from a ground station to the aircraft, the second laser beam extending at a horizontal distance from the first laser beam. Locations of impact of the first and second laser beams on the aircraft are registered; and the aircraft is controlled to maintain these locations of impact in first and second predetermined portions of the aircraft.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Luftfahrzeug an beiden Laserstrahlen, die von der Bodenstation ausgehen, ausgerichtet. Man kann es auch so beschreiben, dass das Luftfahrzeug an dem horizontalen Abstand der beiden Laserstrahlen ausgerichtet wird. Durch die beiden Laserstrahlen wird also nicht nur eine typischerweise vertikale Raumrichtung vorgegeben, auf der das Luftfahrzeug mit seiner Hochachse gehalten wird, sondern auch eine typischerweise horizontale Raumrichtung, auf der das Luftfahrzeug mit seiner Längs- oder Querachse gehalten wird und die so eine Orientierung des Luftfahrzeugs in der Horizontalen festlegt. In the method according to the invention, the aircraft is aligned on both laser beams emanating from the ground station. It can also be described that the aircraft is aligned at the horizontal distance of the two laser beams. Thus, not only a typically vertical spatial direction is given by the two laser beams, on which the aircraft is held with its vertical axis, but also a typically horizontal spatial direction, on which the aircraft is held with its longitudinal or transverse axis, and thus the orientation of the aircraft in the horizontal plane.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann um das Aussenden eines dritten Laserstrahls von der Bodenstation zu dem Luftfahrzeug, wobei der dritte Laserstrahl in einem zweiten horizontalen Abstand zu dem ersten Laserstrahl und in einem dritten horizontalen Abstand zu dem zweiten Laserstrahl verläuft, das Registrieren eines Orts des Auftreffens des dritten Laserstrahls auf das Luftfahrzeug und das Steuern des Luftfahrzeugs, um den Ort des Auftreffens des dritten Laserstrahls in einem dritten vorgegebenen Teilbereich des Luftfahrzeugs zu halten, ergänzt werden. Es können auch noch weitere Laserstrahlen hinzukommen. Bereits der dritte Laserstrahl ist aber kein notwendiges Merkmal der vorliegenden Erfindung. The method of the invention may be to transmit a third laser beam from the ground station to the aircraft, wherein the third laser beam is at a second horizontal distance to the first laser beam and at a third horizontal distance to the second laser beam, registering a location of the impact of the third Laser beam to the aircraft and the control of the aircraft to hold the location of the impact of the third laser beam in a third predetermined portion of the aircraft to be supplemented. It can also be added to other laser beams. Already the third laser beam is not a necessary feature of the present invention.

Weiterhin können sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens zwei oder alle der Laserstrahlen untereinander unterscheiden, beispielsweise durch die Wellenlänge oder durch eine Modulation der Intensität ihres Laserlichts. Dann kann in jedem Ort des Auftreffens eines der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug analysiert werden, welcher der Laserstrahlen hier auftrifft. So geben die Laserstrahlen mit ihrem Abstand nicht nur eine horizontale Achse sondern eine horizontale Richtung vor, an der sich das Luftfahrzeug mit einer seiner Richtungen orientieren kann. Auch das Merkmal, dass sich die Laserstrahlen unterscheiden, ist aber kein zwingendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wenn das Luftfahrzeug einmal gegenüber dem horizontalen Abstand der Laserstrahlen ausgerichtet ist, liegt damit auch seine Richtung fest, und es behält diese Richtung aufgrund des erfindungsgemäßen Steuerns des Luftfahrzeugs, um die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs zu halten, bei. Furthermore, in the method according to the invention at least two or all of the laser beams may differ from each other, for example by the wavelength or by a modulation of the intensity of their laser light. Then, in each location of the impact, one of the laser beams can be analyzed for the aircraft which of the laser beams is incident here. So give the Laser beams with their distance not only a horizontal axis but a horizontal direction in front, where the aircraft can orient itself in one of its directions. The feature that the laser beams differ, but is not a mandatory feature of the method according to the invention. Once the aircraft is aligned with the horizontal spacing of the laser beams, its direction is also fixed and it retains this direction due to the inventive control of the aircraft to maintain the locations of the laser beams impinging on the predetermined portions of the aircraft.

Mindestens einer oder alle der horizontalen Abstände der Laserstrahlen können längs der Laserstrahlen konstant sein. Das heißt, die entsprechenden Laserstrahlen können parallel zueinander verlaufen. Damit wird die Orientierung durch die Laserstrahlen für das Luftfahrzeug unabhängig von dem Abstand des Luftfahrzeugs zu der Bodenstation bereitgestellt. Dies impliziert, dass der Abstand des Luftfahrzeugs zu der Bodenstation, das heißt die Flughöhe des Luftfahrzeugs auf andere Weise festzulegen ist, beispielsweise anhand von Abstandsmessungen oder anderen Höhenmessungen. Für eine solche Abstandsmessung kann mindestens einer der Laserstrahlen von dem Luftfahrzeug teilweise reflektiert und mit einem Sensor an der Bodenstation registriert werden. Dann kann die Laufzeit des Laserstrahls von der Bodenstation zu dem Luftfahrzeug und zurück beispielsweise mit Hilfe von Modulationen der Intensität des Laserstrahls gemessen und daraus der Abstand bestimmt werden. Bei bekanntem festen horizontalen Abstand der Laserstrahlen kann das Luftfahrzeug aber unter Auswertung der Orte des Auftreffens der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug um eine horizontale Achse quer zu dem jeweiligen Abstand der Laserstrahlen ausgerichtet werden, weil die Orte des Auftreffens ihren maximalen Abstand gleich dem horizontalen Abstand der Laserstrahlen aufweisen, wenn die Orte des Auftreffens auf gleicher Höhe über der Bodenstation liegen. At least one or all of the horizontal distances of the laser beams may be constant along the laser beams. That is, the respective laser beams may be parallel to each other. Thus, the orientation by the laser beams is provided to the aircraft regardless of the distance of the aircraft to the ground station. This implies that the distance of the aircraft to the ground station, that is to say the altitude of the aircraft, must be determined in a different way, for example by means of distance measurements or other altitude measurements. For such a distance measurement, at least one of the laser beams may be partially reflected by the aircraft and registered with a sensor at the ground station. Then, the transit time of the laser beam from the ground station to the aircraft and back, for example, by means of modulations of the intensity of the laser beam measured and from the distance can be determined. However, with a known fixed horizontal distance of the laser beams, the aircraft can be aligned by evaluating the locations of the laser beams impinging on the aircraft about a horizontal axis transverse to the respective laser beam distance because the impact locations are at their maximum distance equal to the horizontal spacing of the laser beams show if the places of impact are at the same height above the ground station.

Wenn mindestens einer der horizontalen Abstände längs der Laserstrahlen ab- oder zunimmt, kann das Luftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in einem bestimmten Abstand gegenüber der Bodenstation gehalten werden, weil bei horizontaler Ausrichtung des Luftfahrzeugs die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug nur dann einen bestimmten horizontalen Abstand untereinander aufweisen, wenn sich das Luftfahrzeug in einem bestimmten Abstand zu der Bodenstation befindet. If at least one of the horizontal distances along the laser beams decreases or increases, the aircraft can be kept with the inventive method also at a certain distance from the ground station, because with horizontal alignment of the aircraft, the locations of the impact of the laser beams on the aircraft only one certain horizontal distance between them, when the aircraft is at a certain distance from the ground station.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Laserstrahlen vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Sie treffen so von unten auf das Luftfahrzeug. In the method according to the invention, the laser beams are preferably aligned at least substantially vertically. They hit the aircraft from below.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position des Luftfahrzeugs durch horizontales Verlagern der Bodenstation verändert werden. Dies wird durch das erfindungsgemäße Steuern des Luftfahrzeugs ohne weiteres ermöglicht, weil es für dieses Steuern irrelevant ist, ob eine Relativverlagerung des Luftfahrzeugs gegenüber den Laserstrahlen durch eine seitliche Luftströmung oder ein seitliches Verschieben der Bodenstation bewirkt wird. Die Bodenstation kann zudem gedreht werden, um die Orientierung des Luftfahrzeugs zu ändern. Auch hierfür bedarf es keiner zusätzlichen Maßnahmen, weil es für das Steuern des Luftfahrzeugs unerheblich ist, ob die Bodenstation gedreht wird oder ob das Luftfahrzeug durch eine horizontale Wirbelströmung gegenüber der Bodenstation verdreht wird. Jede Relativbewegung zwischen dem Luftfahrzeug und der Bodenstation wird durch das Steuern des Luftfahrzeugs ausgeglichen. In the method according to the invention, the position of the aircraft can be changed by horizontally displacing the ground station. This is made possible by the control of the aircraft according to the invention easily, because it is irrelevant for this control, whether a relative displacement of the aircraft with respect to the laser beams is caused by a lateral air flow or lateral displacement of the ground station. The ground station can also be rotated to change the orientation of the aircraft. Again, there is no need for additional measures because it is irrelevant for the control of the aircraft whether the ground station is rotated or whether the aircraft is rotated by a horizontal vortex flow relative to the ground station. Any relative movement between the aircraft and the ground station is compensated by controlling the aircraft.

Zur Veränderung der Position des Luftfahrzeugs können die Laserstrahlen auch gegenüber einer Unterkonstruktion oder einem Sockel der Bodenstation verschwenkt werden. Grundsätzlich kann sich das Luftfahrzeug dabei auch mit einer seiner Achsen an einem der Laserstrahlen ausrichten, so dass durch Verschwenken der Laserstrahlen das Luftfahrzeug auch gezielt verkippt werden kann, soweit eine solche Verkippung des Luftfahrzeugs im Flug von seiner Konstruktion her möglich ist. To change the position of the aircraft, the laser beams can also be pivoted relative to a substructure or a base of the ground station. Basically, the aircraft can also align with one of its axes on one of the laser beams, so that by pivoting the laser beams, the aircraft can also be tilted specifically, as far as such tilting of the aircraft in flight from its construction is possible.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Registrieren der Orte des Auftreffens der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug und das Steuern des Luftfahrzeugs, um die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs zu halten, vorzugsweise an bzw. in dem Luftfahrzeug. Die Bodenstation ist damit zwar in dem Sinne aktiv, dass sie die Laserstrahlen aussendet. Sie ist aber, so lange keine Positions- oder Richtungsveränderung des Luftfahrzeugs gewünscht ist, statisch. Insbesondere verfolgt die Bodenstation nicht das Luftfahrzeug mit dem oder den Laserstrahlen, sondern das Luftfahrzeug folgt ggf. den mit der Bodenstation verschobenen Laserstrahlen. Der Aufwand für das Registrieren der Orte des Auftreffens der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug und das Steuern des Luftfahrzeugs, der in dem Luftfahrzeug zu betreiben ist, hält sich in engen Grenzen, auch was das Gewicht der hierfür an dem Luftfahrzeug erforderlichen Einrichtungen anbelangt. Dass die Bodenstation grundsätzlich statisch ist, schließt nicht aus, dass die Laserstrahlen gegenüber einer Unterkonstruktion oder einem Sockel der Bodenstation verschwenkt werden können, wenn das Luftfahrzeug seinen Kontakt zu der Bodenstation verloren hat. Ein solcher Kontaktverlust kann z. B. mit einem Sensor an der Bodenstation erfasst werden, der einen von dem geführten Luftfahrzeug reflektierten Teil mindestens eines der Laserstrahlen registriert. Wenn der Sensor keinen teilreflektierten Laserstrahl mehr registriert, können die Laserstrahlen systematisch zur Suche des Luftfahrzeugs verschwenkt werden, bis der Sensor den teilreflektierten Laserstrahl wieder erfasst. Danach können die Laserstrahlen in ihre Ausgangslage über dem Sockel zurückgeschwenkt werden, wobei sie das Luftfahrzeug zurück in seine gewünschte Position über der Bodenstation führen. Dieses Vorgehen kann auch dazu genutzt werden, das Luftfahrzeug von einer Bodenstation an eine anderer Bodenstation zu übergeben, indem die Laserstrahlen der einen Bodenstation abgeschaltet werden und das Luftfahrzeug mit den Laserstrahlen der anderen Bodenstation "eingefangen" wird. In the method according to the invention, the locations of the impact of the laser beams on the aircraft and the control of the aircraft are recorded in order to keep the locations of the impact of the laser beams in the predetermined subregions of the aircraft, preferably on or in the aircraft. The ground station is thus active in the sense that it emits the laser beams. However, it is static as long as no change in the position or direction of the aircraft is desired. In particular, the ground station does not track the aircraft with the laser beam (s), but the aircraft optionally follows the laser beam displaced with the ground station. The expense of registering the locations of the laser beam impinging on the aircraft and controlling the aircraft to be operated in the aircraft is kept within narrow limits, also as regards the weight of the equipment required for this purpose on the aircraft. The fact that the ground station is basically static does not exclude that the laser beams can be pivoted relative to a substructure or a base of the ground station when the aircraft has lost its contact with the ground station. Such contact loss can z. B. detected with a sensor at the ground station, which registers a reflected from the guided aircraft part of at least one of the laser beams. If the Sensor no longer partially registered laser beam registered, the laser beams can be systematically pivoted to search the aircraft until the sensor detects the partially reflected laser beam again. Thereafter, the laser beams can be swung back to their original position over the pedestal, guiding the aircraft back to its desired position above the ground station. This procedure can also be used to transfer the aircraft from one ground station to another ground station by shutting off the laser beams of one ground station and "catching" the aircraft with the laser beams of the other ground station.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Luftfahrzeug unter dem Steuern des Luftfahrzeugs, um die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs zu halten, von der Bodenstation weg gestartet. Das heißt, das Luftfahrzeug wird definiert gegenüber der Bodenstation ausgerichtet, wobei die Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen auf das Luftfahrzeug treffen. Dann wird das Luftfahrzeug auf ein Abheben von der Bodenstation angesteuert, beispielsweise durch eine Funkfernbedienung. Während sich das Luftfahrzeug von der Bodenstation entfernt, wird durch das erfindungsgemäße Steuern des Luftfahrzeugs um die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs zu halten, das Luftfahrzeug längs der durch die Laserstrahlen vorgegebenen vertikalen Richtung mit durch den Abstand der Laserstrahlen vorgegebenen Orientierung um diese Längsrichtung gehalten. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the aircraft is started from the ground station under the control of the aircraft in order to keep the locations of the impact of the laser beams in the predetermined subregions of the aircraft. That is, the aircraft is defined aligned with respect to the ground station, wherein the laser beams in the predetermined subregions meet the aircraft. Then the aircraft is triggered to lift off the ground station, for example by a radio remote control. As the aircraft moves away from the ground station, control of the aircraft according to the present invention to maintain the locations of the laser beam impingement in the predetermined portions of the aircraft causes the aircraft to travel along the vertical direction given by the laser beams with orientation dictated by the spacing of the laser beams held around this longitudinal direction.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Auftreffen der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug mehr registriert wird, kann eine Notlandung des Luftfahrzeugs ausgelöst werden. Zuvor kann eine gewisse Zeit abgewartet werden, um auszuschließen, dass das Auftreffen der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug beispielsweise durch einen zwischen der Bodenstation und einem Luftfahrzeug hindurchfliegenden Vogel unterbrochen wurde. Ansonsten weist der Fall, dass kein Auftreffen der Laserstrahlen auf das Luftfahrzeug mehr registriert wird, auf eine Störung hin, die eine Fortsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Halten des Luftfahrzeugs in einer definierten Position unmöglich macht. Wenn dann das Luftfahrzeug nicht in einen an den definierten Positionierungsmodus, beispielsweise unter Steuerung durch eine Funkfernsteuerung überführt werden kann, ist es sinnvoll, eine sofortige Notlandung des Luftfahrzeugs einzuleiten. Diese kann ein kontrolliertes gesteuertes Absinken des Luftfahrzeugs umfassen und/oder das Auslösen eines Fallschirms. If in the method according to the invention no more impact of the laser beams is registered on the aircraft, an emergency landing of the aircraft can be triggered. Beforehand, a certain amount of time can be waited for in order to rule out that the impact of the laser beams on the aircraft was interrupted, for example, by a bird flying between the ground station and an aircraft. Otherwise, the case that no impact of the laser beams is more registered on the aircraft, to a fault that makes a continuation of the inventive method for holding the aircraft in a defined position impossible. If then the aircraft can not be transferred to the defined positioning mode, for example under the control of a radio remote control, it makes sense to initiate an immediate emergency landing of the aircraft. This may include a controlled controlled lowering of the aircraft and / or the triggering of a parachute.

Ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein erstes und ein zweites Sensorarray zum Registrieren der Orte des Auftreffens des ersten und des zweiten Laserstrahls auf das Luftfahrzeug und eine an die Sensorarrays angeschlossene on Board Flugsteuerung zum Halten der Orte des Auftreffens der beiden Laserstrahlen in den beiden vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs auf. An aircraft according to the invention for carrying out the method according to the invention has a first and a second sensor array for registering the locations of the impact of the first and the second laser beam on the aircraft and an on-board flight control connected to the sensor arrays for holding the locations of the impact of the two laser beams in the aircraft two predetermined portions of the aircraft.

Zusätzlich kann ein drittes Sensorarray zum Registrieren der Orte des Auftreffens des dritten Laserstrahls auf das Luftfahrzeug vorgesehen sein, wobei die auch an das dritte Sensorarray angeschlossene on Board Flugsteuerung zum Halten des Orts des Auftreffens des dritten Laserstrahls in dem dritten vorgegebenen Teilbereich des Luftfahrzeugs ausgebildet ist. In addition, a third sensor array may be provided for registering the locations of the impact of the third laser beam on the aircraft, wherein the on-board flight control also connected to the third sensor array is configured to hold the location of the impingement of the third laser beam in the third predetermined portion of the aircraft.

Zur Verwendung mit sich unterscheidenden Laserstrahlen kann mindestens eines der Sensorarrays nur für einen bestimmten der Laserstrahlen empfindlich sein, um sicher zu stellen, dass dieses Sensorarray nur das Auftreffen dieses bestimmten Laserstrahls registriert. Zu diesem Zweck können die Sensorarrays mit unterschiedlichen Hard- und/oder Softwarefilter für die Trennung der Laserstrahlen ausgestattet sein. Jedes der Sensorarrays kann theoretisch aus nur drei Sensoren bestehen, um Relativverlagerungen des jeweiligen Teilbereichs des Luftfahrzeugs gegenüber den dort auftreffenden Laserstrahls, einschließlich der Richtung der Relativverlagerung zu erkennen. Typischerweise umfasst jedes Sensorarray aber mindestens vier in vier Quadranten nebeneinander angeordnete Sensoren. Es können auch größere Sensorarrays zur Anwendung kommen. Die den verschiedenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs zugeordneten Sensorarrays können auch Teile eines übergeordneten größeren Sensorarrays sein. Weiterhin ist es möglich, den Sensorarrays eine Optik vorzuschalten. Hierdurch wird jedoch die Masse der Anordnung an dem Luftfahrzeug erhöht. For use with differing laser beams, at least one of the sensor arrays may be sensitive only to a particular one of the laser beams to ensure that this sensor array registers only the impact of that particular laser beam. For this purpose, the sensor arrays can be equipped with different hardware and / or software filters for the separation of the laser beams. Each of the sensor arrays may theoretically consist of only three sensors in order to detect relative displacements of the respective subarea of the aircraft with respect to the laser beam incident there, including the direction of the relative displacement. Typically, however, each sensor array includes at least four sensors arranged side by side in four quadrants. It is also possible to use larger sensor arrays. The sensor arrays assigned to the various subareas of the aircraft can also be parts of a larger, larger sensor array. Furthermore, it is possible to connect an optics to the sensor arrays. However, this increases the mass of the arrangement on the aircraft.

Die on-board Flugsteuerung kann das Luftfahrzeug in dieser Betriebsart ausschließlich in der Horizontalen steuern, wobei die Steuerung des Luftfahrzeugs in der Vertikalen auf andere Weise vorgenommen wird, beispielsweise aufgrund einer Abstandsmessung, s. o. The on-board flight control can control the aircraft in this mode exclusively in the horizontal, wherein the control of the aircraft in the vertical direction is carried out in other ways, for example due to a distance measurement, s. O.

Grundsätzlich kann die on Board Flugsteuerung das Luftfahrzeug aber auch in der Horizontalen und der Vertikalen steuern, beispielsweise anhand von unter einem Winkel zueinander verlaufenden Laserstrahlen. In principle, the on-board flight control can also control the aircraft in the horizontal and the vertical, for example by means of laser beams extending at an angle to one another.

Weiterhin kann die on Board Flugsteuerung das Luftfahrzeug notlanden, wenn die Sensorarrays die Laserstrahlen nicht mehr registrieren. Dabei kann eine einen Fallschirm umfassende Notlandeeinrichtung Teil des Luftfahrzeugs sein, die von der on Board Flugsteuerung aktiviert wird, wenn die Sensorarrays die Laserstrahlen nicht mehr registrieren. Furthermore, the on-board flight control can emergency land the aircraft when the sensor arrays no longer register the laser beams. In this case, a parachute comprehensive emergency landing gear may be part of the aircraft, the on board Flight control is activated when the sensor arrays no longer register the laser beams.

Eine erfindungsgemäße Bodenstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Unterkonstruktion zur Abstützung der Bodenstation am Boden und einen an der Unterkonstruktion gelagerten ersten und zweiten Laser zum Aussenden des ersten und zweiten Laserstrahls von der Bodenstation, wobei der zweite Laserstrahl in einem ersten horizontalen Abstand zu dem ersten Laserstrahl verläuft und wobei der zweite Laser so an der Unterkonstruktion gelagert ist, dass der zweite Laserstrahl vertikal ausgerichtet oder vertikal ausrichtbar ist. A ground station according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises a substructure for supporting the ground station on the ground and a first and second laser mounted on the substructure for emitting the first and second laser beam from the ground station, wherein the second laser beam at a first horizontal distance from the first Laser beam extends and wherein the second laser is mounted on the substructure, that the second laser beam is vertically aligned or vertically aligned.

Zusätzlich kann die Bodenstation einen an der Unterkonstruktion gelagerten dritten Laser zum Aussenden des dritten Laserstrahls von der Bodenstation aufweisen, wobei der dritte Laserstrahl in einem zweiten horizontalen Abstand zu dem ersten Laserstrahl und einem dritten horizontalen Abstand zu dem zweiten Laserstrahl verläuft. In addition, the ground station may have a third laser mounted on the substructure for emitting the third laser beam from the ground station, wherein the third laser beam is at a second horizontal distance to the first laser beam and a third horizontal distance to the second laser beam.

Mindestens zwei oder alle der Laserstrahlen können sich in ihrer Wellenlänge und/oder in einer Intensitätsmodulation voneinander unterscheiden. At least two or all of the laser beams may differ in their wavelength and / or in intensity modulation.

Wie bereits zuvor erläutert wurde, kann mindestens einer oder können alle der horizontalen Abstände längs der Laserstrahlen fest und konstant sein. Mindestens einer der horizontalen Abstände kann aber auch längs der Laserstrahlen veränderbar sein. As previously explained, at least one or all of the horizontal distances along the laser beams may be fixed and constant. However, at least one of the horizontal distances can also be variable along the laser beams.

In einer konkreten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Bodenstation ein Auflager für das Luftfahrzeug auf, das das aufgelagerte Luftfahrzeug so ausrichtet, dass die Orte des Auftreffens der Laserstrahlen in den vorgegebenen Teilbereichen des Luftfahrzeugs liegen. Von diesem Auflager aus kann dann das Luftfahrzeug unter Führung durch die Laserstrahlen starten. In a specific embodiment, the ground station according to the invention has a support for the aircraft, which aligns the supported aircraft so that the locations of the impact of the laser beams lie in the predetermined subregions of the aircraft. From this support can then start the aircraft under the guidance of the laser beams.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 illustriert eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs und einer erfindungsgemäßen Bodenstation mit zwei Lasern. 1 illustrates a first embodiment of the method according to the invention using an aircraft according to the invention and a ground station with two lasers according to the invention.

2 illustriert zwei Teilbereiche des Luftfahrzeugs, in denen bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1 Laserstrahlen von den beiden Lasern auftreffen. 2 illustrates two portions of the aircraft, in which in the embodiment of the inventive method according to 1 Laser beams from the two lasers impinge.

3 illustriert wie bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens drei Laserstrahlen auf drei vorgegebene Teilbereiche des erfindungsgemäßen Luftfahrzeugs auftreffen; und 3 illustrates how, in another embodiment of the method according to the invention, three laser beams strike three predefined subregions of the aircraft according to the invention; and

4 illustriert eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei von drei Lasern ausgesendeten Laserstrahlen. 4 illustrates a specific embodiment of the method according to the invention with three laser beams emitted by three lasers.

FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES

In 1 ist ein Luftfahrzeug 1 illustriert, bei dem es sich um eine sogenannte Drohne handeln kann. Das Luftfahrzeug 1 weist verschiedene Antriebs- und Steuereinrichtungen 2 auf, die von einer on Board Flugsteuerung 3 angesteuert werden. Dieses Ansteuern geschieht abhängig von den Signalen von Sensorarrays 4 an der Unterseite des Luftfahrzeugs 1, auf die Laserstrahlen 5 und 6 auftreffen. Die Laserstrahlen 5 und 6 verlaufen vertikal und parallel zueinander in einem fest horizontalen Abstand 7. Sie werden von einer Bodenstation 8 ausgesandt, die dazu zwei Laser 9 und 10 aufweist. Die Laser 9 und 10 sind hier fest an einer Unterkonstruktion 11 angeordnet, über die die Bodenstation 8 am Boden 12 aufsteht. Weiter ist an der Bodenstation 8 ein Auflager 13 für das Luftfahrzeug 1 ausgebildet, von dem das Luftfahrzeug 1 aus starten kann und in dem das Luftfahrzeug 1 so gegenüber der Bodenstation 8 ausgerichtet ist, dass die Laserstrahlen 5 und 6 von den Lasern 9 und 10 auf die Sensorarrays 4 an der Unterseite des Luftfahrzeugs 1 treffen. In 1 is an aircraft 1 illustrated, which may be a so-called drone. The aircraft 1 has various drive and control devices 2 on top of an on board flight control 3 be controlled. This activation happens depending on the signals from sensor arrays 4 at the bottom of the aircraft 1 , on the laser beams 5 and 6 incident. The laser beams 5 and 6 run vertically and parallel to each other in a fixed horizontal distance 7 , They are from a ground station 8th which sent two lasers 9 and 10 having. The lasers 9 and 10 are stuck here to a substructure 11 arranged over which the ground station 8th on the ground 12 gets up. Next is at the ground station 8th a support 13 for the aircraft 1 formed, from which the aircraft 1 can start from and in which the aircraft 1 so opposite the ground station 8th aligned is that the laser beams 5 and 6 from the lasers 9 and 10 on the sensor arrays 4 at the bottom of the aircraft 1 to meet.

Bei der Ansteuerung der Antriebs- und Steuereinrichtungen 2 verfolgt die on Board Flugsteuerung 3 das Ziel, dass die Laserstrahlen 5 und 6 immer in zwei vorgegebenen Teilbereichen 14 und 15 des Luftfahrzeugs 1 auftreffen. Jede Abweichung des Auftreffens der Laserstrahlen 5 und 6 von diesen vorgegebenen Teilbereichen 14 und 15 wird von der on Board Flugsteuerung 3 durch Ansteuerung der Antriebs- und Steuereinrichtung 2 ausgeglichen. So wird das Luftfahrzeug 1 immer auf der durch die Laserstrahlen 5 und 6 definierten vertikalen Achse und der durch den Abstand 7 der Laserstrahlen 5 und 6 definierten horizontalen Achse gehalten. Durch die sich beispielweise in ihrer Wellenlänge unterscheidenden Laserstrahlen 5 und 6 ist auch die Richtung des Abstands 7 definierbar und von der Flugsteuerung 3 des Luftfahrzeugs 1 erfassbar, wenn die Sensorarrays 4 nicht nur den Ort sondern auch die Wellenlänge des auftreffenden Laserstrahls registrieren. Die Richtung des Abstands 7 der Laserstrahlen 5 und 6 liegt für das Luftfahrzeug 1 jedoch bspw. auch fest, wenn das Luftfahrzeug 1 von dem Auflager 13 aus gestartet wird, weil die Flugsteuerung 3 eine 180° Drehung des Luftfahrzeugs 1 um die Vertikale gegenüber der Bodenstation 8 nicht zulässt. When controlling the drive and control devices 2 Follow the on board flight control 3 the goal that the laser beams 5 and 6 always in two predefined subareas 14 and 15 of the aircraft 1 incident. Any deviation of the impact of the laser beams 5 and 6 from these given subareas 14 and 15 is controlled by the on board flight control 3 by driving the drive and control device 2 balanced. That's how the aircraft gets 1 always on by the laser beams 5 and 6 defined vertical axis and by the distance 7 the laser beams 5 and 6 defined horizontal axis held. By example, differing in their wavelength laser beams 5 and 6 is also the direction of the gap 7 definable and from the flight control 3 of the aircraft 1 detectable when the sensor arrays 4 register not only the location but also the wavelength of the incident laser beam. The direction of the distance 7 the laser beams 5 and 6 is for the aircraft 1 However, for example, even if the aircraft 1 from the support 13 is started because the flight control 3 a 180 ° turn of the aircraft 1 around the vertical opposite the ground station 8th does not allow.

2 illustriert, wie die Laserstrahlen 5 und 6 in den beiden Teilbereichen 14 und 15 an der Unterseite des Luftfahrzeugs 1 auftreffen und dort von den Sensorarrays 4 registriert werden. Die Sensorarrays 4 umfassen jeweils vier in vier benachbarten Quadranten angeordnete Sensoren 16. Die beiden Teilbereiche 14 und 15, in denen die beiden Laserstrahlen auch das Luftfahrzeug 1 auftreffen sollen, sind die Zentren der Sensorarrays 4. Jede Verlagerung der Laserstrahlen 5 und 6 gegenüber den Zentren der Sensorarrays 4 wird dadurch erkannt, dass die Signale der vier Sensoren 16 nicht mehr gleich sind, sondern für einzelne Sensoren 16 ansteigen, und dies sind die Sensoren, in deren Richtung sich der jeweilige Laserstrahl 5 oder 6 bewegt. Diese Bewegung wird von der Flugsteuerung 3 gemäß 1 ausgeglichen. 2 Illustrates how the laser beams 5 and 6 in the two subareas 14 and 15 at the bottom of the aircraft 1 impinge and there from the sensor arrays 4 be registered. The sensor arrays 4 each comprise four sensors arranged in four adjacent quadrants 16 , The two subareas 14 and 15 in which the two laser beams also the aircraft 1 are the centers of the sensor arrays 4 , Every shift of the laser beams 5 and 6 towards the centers of the sensor arrays 4 is detected by the fact that the signals of the four sensors 16 are no longer the same, but for individual sensors 16 rise, and these are the sensors, in their direction, the respective laser beam 5 or 6 emotional. This movement is by the flight control 3 according to 1 balanced.

3 skizziert für eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Auftreffen von drei Laserstrahlen 5, 6, 17 in drei Teilbereichen 14, 15, 18 des Luftfahrzeugs 1 an dessen Unterseite, wobei der Ort des Auftreffens des jeweiligen Laserstrahls 5, 6, 17 jeweils durch ein Sensorarray 4 erfasst wird. 3 for another embodiment of the present invention outlines the impact of three laser beams 5 . 6 . 17 in three sections 14 . 15 . 18 of the aircraft 1 at the bottom thereof, the location of the impact of the respective laser beam 5 . 6 . 17 each by a sensor array 4 is detected.

4 illustriert eine Bodenstation 8 mit drei jeweils um eine horizontalen Schwenkachse 19 schwenkbar an der Unterkonstruktion 11 gelagerten Lasern 9, 10, 20, die die drei Laserstrahlen 5, 6, 17 gemäß 3 aussenden. Dabei sind die horizontalen Abstände 7, 21 und 22 der Laserstrahlen 5, 6, 7 nicht konstant sondern nehmen hier mit zunehmender Höhe über der Bodenstation 8 ab. Auf diese Weise kann das Luftfahrzeug mit seiner Flugsteuerung 3 auch auf einer bestimmten Höhe über der Bodenstation 8 gehalten werden, weil nur auf dieser bestimmten Höhe die horizontalen Abstände 7, 21 und 22 so sind, dass die Laserstrahlen 5, 6 und 17 bei horizontal ausgerichtetem Luftfahrzeug 1 genau in den vorgegebenen Teilbereichen 14, 15 und 18 des Luftfahrzeugs 1 auftreffen. Die Antriebs- und Steuereinrichtungen des Luftfahrzeugs 1 sind hier nicht dargestellt. Angedeutet ist eine Notlandeeinrichtung 23, die beispielsweise einen Fallschirm umfasst und die von der Flugsteuerung 3 ausgelöst wird, wenn die Sensorarrays 4 kein Auftreffen der Laserstrahlen 5, 6 und 17 mehr registrieren. 4 illustrates a ground station 8th with three each about a horizontal pivot axis 19 swiveling on the substructure 11 stored lasers 9 . 10 . 20 containing the three laser beams 5 . 6 . 17 according to 3 send out. Here are the horizontal distances 7 . 21 and 22 the laser beams 5 . 6 . 7 not constant but take here with increasing altitude above the ground station 8th from. This allows the aircraft with its flight control 3 also at a certain height above the ground station 8th be kept because only at this certain height the horizontal distances 7 . 21 and 22 so are the laser beams 5 . 6 and 17 horizontally oriented aircraft 1 exactly in the given subareas 14 . 15 and 18 of the aircraft 1 incident. The propulsion and control equipment of the aircraft 1 are not shown here. An emergency landing gear is indicated 23 which includes, for example, a parachute and that of the flight control 3 is triggered when the sensor arrays 4 no impact of the laser beams 5 . 6 and 17 register more.

Das anhand der 1 bis 4 illustrierte erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, das Luftfahrzeug 1 an beliebiger Stelle im Raum zu positionieren. Dazu wird die Bodenstation 8 unter der jeweiligen Stelle angeordnet und dann das Luftfahrzeug 1 in den Abstand vertikal über der Bodenstation 8 gebracht, an dem sich die gewünschte Position für das Luftfahrzeug 1 befindet. Durch die on Board Flugsteuerung 3 wird das Luftfahrzeug 1 an dieser Stelle gehalten. Hierzu bedarf es keiner Aktivitäten des Betreibers des Luftfahrzeugs 1, der sich damit beispielsweise ganz auf die Aufnahme von Bildern mit einer Kamera konzentrieren kann, die zur Aufnahme von Umgebungsbildern von dem Luftfahrzeug 1 mitgeführt wird. Um das Luftfahrzeug 1 in eine andere Position zu bringen, ist die Bodenstation unter diese andere Position zu bringen. Dafür muss das Luftfahrzeug nicht zuvor gelandet und anschließend wieder gestartet werden, sondern das fliegende Luftfahrzeug folgt der Bodenstation bzw. den davon ausgehenden Laserstrahlen. That on the basis of 1 to 4 illustrated inventive method allows the aircraft 1 to be positioned anywhere in the room. This will be the ground station 8th arranged under the respective place and then the aircraft 1 in the distance vertically above the ground station 8th brought to where the desired position for the aircraft 1 located. By the on board flight control 3 becomes the aircraft 1 held at this point. This does not require any activity by the operator of the aircraft 1 For example, it can focus entirely on capturing images with a camera that captures environmental images of the aircraft 1 is carried. To the aircraft 1 to bring the ground station under this other position. For this, the aircraft does not have to be landed first and then restarted, but instead the flying aircraft follows the ground station or the laser beams emanating therefrom.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Luftfahrzeug aircraft
2 2: Antriebs- und Steuereinrichtung Drive and control device
3 3: On Board Flugsteuerung On board flight control
4 4: Sensorarray sensor array
5 5: Laserstrahl laser beam
6 6: Laserstrahl laser beam
7 7: Abstand distance
8 8th: Bodenstation ground station
9 9: Laser laser
10 10: Laser laser
11 11: Unterkonstruktion substructure
12 12: Boden ground
13 13: Auflager In stock
14 14: Teilbereich subregion
15 15: Teilbereich subregion
16 16: Sensor sensor
17 17: Laserstrahl laser beam
18 18: Teilbereich subregion
19 19: Schwenkachse swivel axis
20 20: Laser laser
21 21: Abstand distance
22 22: Abstand distance
23 23: Notlandeeinrichtung Notlandeeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

www.ruag.com/aviation [0010]
A. Carrasco-Casado et al .: "Design and Early Development of a UAV Terminal and a Ground Station for Laser Communications", SPIE Proceedings Vol. 8184, 29 September 2011 [0011]

Claims

Method for positioning an aircraft ( 1 ) with the steps - emitting a first laser beam ( 5 ) from a ground station ( 8th ) to the aircraft ( 1 ), - registering a location of the impingement of the first laser beam ( 5 ) on the aircraft ( 1 ) and - controlling the aircraft ( 1 ) to the location of the impact of the first laser beam ( 5 ) in a predetermined first subregion ( 14 ) of the aircraft ( 1 ), characterized by - emitting a second laser beam ( 6 ) from the ground station ( 8th ) to the aircraft ( 1 ), wherein the second laser beam ( 6 ) at a first horizontal distance ( 7 ) to the first laser beam ( 5 ), - registering a location of the impingement of the second laser beam ( 6 ) on the aircraft ( 1 ) and - controlling the aircraft ( 1 ) to the location of the impact of the second laser beam ( 6 ) in a predetermined second subregion ( 15 ) of the aircraft ( 1 ) to keep.

Method according to claim 1, characterized by - emitting a third laser beam ( 17 ) from the ground station ( 8th ) to the aircraft ( 1 ), wherein the third laser beam ( 17 ) at a second horizontal distance ( 21 ) to the first laser beam ( 5 ) and in a third horizontal distance ( 22 ) to the second laser beam ( 6 ), - registering a location of the impingement of the third laser beam ( 17 ) on the aircraft ( 1 ) and - controlling the aircraft ( 1 ) to the location of the impact of the third laser beam ( 17 ) in a third subarea ( 18 ) of the aircraft ( 1 ) to keep.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two or all of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) differ from each other.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one or all of the horizontal distances ( 7 . 21 . 22 ) along the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) is / are constant.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the horizontal distances ( 7 . 21 . 22 ) along the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) decreases or increases.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one or all of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) are aligned vertically.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the registering of the locations of the impingement of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) on the aircraft ( 1 ) and controlling the aircraft ( 1 ) to the locations of the impact of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) in the prescribed subareas ( 14 . 15 . 18 ) of the aircraft ( 1 ) in the aircraft ( 1 ) is performed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aircraft ( 1 ) under the control of the aircraft ( 1 ) to the locations of the impact of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) in the prescribed subareas ( 14 . 15 . 18 ) of the aircraft ( 1 ) from the ground station ( 8th ) is started away.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when no impact of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) on the aircraft ( 1 ), an emergency landing of the aircraft ( 1 ) is triggered.

Aircraft ( 1 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, having a first sensor array ( 4 ) for registering the location of the impingement of the first laser beam ( 5 ) on the aircraft ( 1 ), and - one to the first sensor array ( 4 ) connected on board flight control ( 3 ) for holding the location of the impingement of the first laser beam ( 5 ) in the first predetermined subregion ( 14 ) of the aircraft ( 1 ), characterized by - a second sensor array ( 4 ) for registering the location of the impact of the second laser beam ( 6 ) on the aircraft ( 1 ), - wherein the to the second sensor array ( 4 ) connected on board flight control ( 3 ) for holding the location of the impact of the second laser beam ( 6 ) in the second predetermined subregion ( 15 ) of the aircraft ( 1 ) is trained.

Aircraft ( 1 ) according to claim 10, characterized by - a third sensor array ( 4 ) for registering the location of the impingement of the third laser beam ( 17 ) on the aircraft ( 1 ), - wherein the to the third sensor array ( 4 ) connected on board flight control ( 3 ) for holding the location of the impact of the third laser beam ( 17 ) in the third subarea ( 18 ) of the aircraft ( 1 ) is trained.

Aircraft ( 1 ) according to claim 10 or 11, characterized in that at least one of the sensor arrays ( 4 ) only for a certain one of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) is sensitive.

Aircraft ( 1 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the sensor arrays ( 4 ) four sensors each ( 16 ).

Aircraft ( 1 ) according to one of claims 10 to 13, characterized in that the on-board flight control ( 3 ) the aircraft ( 1 ) in the horizontal controls.

Aircraft ( 1 ) according to one of claims 10 to 13, characterized in that the on-board flight control ( 3 ) the aircraft ( 1 ) in the horizontal and vertical controls.

Aircraft ( 1 ) according to one of claims 10 to 15, characterized in that the on-board flight control ( 3 ) the aircraft ( 3 ) notlandet when the sensor arrays ( 4 ) the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) do not register anymore.

Aircraft ( 1 ) according to one of Claims 10 to 15, characterized by an emergency landing device comprising a parachute ( 23 ), whereby the on board flight control ( 3 ) the emergency landing facility ( 23 ) is activated when the sensor arrays ( 4 ) the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) do not register anymore.

Ground station ( 8th ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, comprising - a substructure ( 11 ) for supporting the ground station ( 8th ) on the ground ( 12 ) and - one on the substructure ( 11 ) mounted first laser ( 9 ) for emitting the first laser beam ( 5 ) from the ground station ( 8th ), characterized by - one at the substructure ( 11 ) second laser ( 10 ) for emitting the second laser beam ( 6 ) from the ground station ( 8th ), - wherein the second laser beam ( 6 ) at a first horizontal distance ( 7 ) to the first laser beam ( 5 ) and wherein the second laser ( 10 ) so on the substructure ( 11 ) is stored, that the second laser beam ( 6 ) is vertically aligned or vertically alignable.

Ground station ( 8th ) according to claim 18, characterized by - one on the substructure ( 11 ) mounted third laser ( 20 ) for emitting the third laser beam ( 17 ) from the ground station ( 8th ), wherein the third laser beam ( 17 ) at a second horizontal distance ( 21 ) to the first laser beam ( 5 ) and in a third horizontal distance ( 22 ) to the second laser beam ( 6 ) runs.

Ground station ( 8th ) according to claim 18 or 19, characterized in that at least two or all of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) differ in their wavelength and / or in an intensity modulation from each other.

Ground station ( 8th ) according to one of claims 18 to 20, characterized in that at least one or all of the horizontal distances ( 7 . 21 . 22 ) along the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) is fixed and constant.

Ground station ( 8th ) according to one of claims 18 to 21, characterized in that at least one of the horizontal distances ( 7 . 21 . 22 ) along the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) is changeable.

Ground station ( 8th ) according to one of claims 18 to 22, characterized by - a support ( 13 ) for the aircraft ( 1 ), which is the superposed aircraft ( 1 ) so that the locations of the impact of the laser beams ( 5 . 6 . 17 ) in the subregions ( 14 . 15 . 18 ) of the aircraft ( 1 ) lie.